[實用新型]一種基于微機電加速度芯片的無線索力測試系統

有效

• 申請號: 201420430648.8
• 申請日: 2014-07-31
• 公開（公告）號: CN204064530U
• 公開（公告）日: 2014-12-31
• 發明（設計）人: 王波;伊建軍;荊國強;柴小鵬;王翔;劉鵬飛;馬長飛
• 申請（專利權）人: 中鐵大橋局集團武漢橋梁科學研究院有限公司;中鐵大橋局集團有限公司
• 主分類號: G01L5/00
• 分類號: G01L5/00
• 代理公司: 北京捷誠信通專利事務所(普通合伙) 11221
• 代理人: 魏殿紳;龐炳良

技術領域

本實用新型涉及橋梁拉索檢測與監測技術領域，具體來講是一種基于微機電加速度芯片的無線索力測試系統。

背景技術

拉索是纜索橋梁結構中重要的傳力與受力構件，一般包括斜拉橋的斜拉索、懸索橋和拱橋的吊索(或吊桿)。拉索索力的大小將直接影響到全橋在施工和服役期間的安全狀況，因此它的準確測量在該類橋梁施工控制、后期橋梁養護管理與健康監測有著非常重要的作用。

目前國內外工程應用中，拉索索力常用的測量方法有油壓表測定法、壓力傳感器法、電磁測量法、振動頻率法等。振動頻率法由于測量簡便易行、準確度高、成本低廉而得到廣泛推廣應用，目前國內的成橋拉索檢測或健康監測工作都是采用頻率法。頻率法測量索力一般是將加速度傳感器固定在拉索表面拾取振動信號，經信號放大、濾波和數模轉換，再對信號進行頻譜分析獲取拉索固有頻率,然后通過拉索頻率與索力之間的函數關系計算出拉索的索力值。

基于頻率法的索力測量儀在工程上廣泛應用，現有的索力測量儀通常采用傳統的加速度傳感器和有線通信方式，并且需要配備專門的信號處理及分析設備，在信號采集完成后進行頻譜分析得到拉索固有頻率。在工程現場使用時，有線通信方式會降低工作效率，線路容易損壞并且存在一定的安全隱患；在橋梁運營期間以頻率法測量拉索索力時，過往車輛和環境荷載都會對拉索振動產生一定影響，不同時段采集的信號質量相對于拉索固有頻率測量有好有差，頻譜分析在信號采集完成后再進行分析，則不能及時判斷正在采集的振動信號質量，有可能得到不準確的拉索固有頻率。

另外，傳統的傳感器外形均為圓柱型，有的傳感器底部有一圈磁鐵，用于測量時吸附在拉索表面上，有的則沒有，則需要用繩帶綁扎在拉索上。傳感器固定在橋梁拉索上時，傳感器底面與拉索表面接觸，由于拉索表面為圓柱面，而傳統傳感器底面為平面或者單圓弧曲面，因此傳感器與拉索之間的接觸為單線接觸，這種固定方式并不十分穩固，會對采集信號的質量產生一定的影響。

實用新型內容

針對現有技術中存在的缺陷，本實用新型的目的在于提供一種基于微機電加速度芯片的無線索力測試系統，本實用新型具有體積質量小、價格低廉、耗能低、諧振頻率高和響應時間短等優點，降低了測試成本且減小了安全隱患。

為達到以上目的，本實用新型采取的技術方案是：一種基于微機電加速度芯片的無線索力測試系統，系統包括信號采集裝置和與其通過無線信號連接的分析終端，所述信號采集裝置設置在拉索上；信號采集裝置包括感應拉索振動的微機電加速度芯片、信號放大濾波器、數模轉換器和發送拉索振動信號的無線發射模塊；所述信號放大濾波器分別與微機電加速度芯片的輸出端、數模轉換器的輸入端相連，數模轉換器的輸出端與無線發射模塊相連；分析終端包括接收無線發射模塊發送振動信號的無線接收模塊、實時顯示波形信號及實時頻譜分析的信號處理模塊，無線接收模塊與信號處理模塊相連。

在上述技術方案的基礎上，所述分析終端為智能手機或PC平板。

在上述技術方案的基礎上，所述信號放大濾波器包括兩級放大電路、抗混疊濾波電路和128階數字濾波器。

在上述技術方案的基礎上，所述信號采集裝置與分析終端之間采用無線wifi網絡進行通信。

在上述技術方案的基礎上，信號采集裝置的外殼與拉索外表面接觸的部位為雙圓弧曲面，其與拉索外表面接觸部位的橫截面為兩點接觸。

本實用新型的有益效果在于：

1、本實用新型采用了微機電加速度芯片，與同層次性能的傳統加速度傳感器相比，具有體積質量小、價格低廉、耗能低、諧振頻率高和響應時間短等優點。

2、本實用新型采用人們隨身攜帶的智能手機或PC平板作為分析終端，代替了傳統的數據處理及分析設備，降低了測試成本。

3、本實用新型中信號采集裝置和分析終端之間采用無線wifi網絡進行數據通信，不存在有線通信線路，現場測試時方便快捷，且減小了安全隱患。

4、本實用新型的分析終端上進行實時的振動波形顯示和頻譜分析，使得工程人員能夠方便判斷采集信號的質量和所測拉索頻率的準確性。

5、本實用新型中信號采集裝置的外殼與拉索表面接觸部位設計為雙圓弧曲面，其與拉索外表面接觸部位的橫截面為雙點接觸，因此固定效果良好，拉索振動信號能夠較好地得到采集。

6、本實用新型中多個信號采集裝置固定放置在多個拉索上，組建形成索力測試網絡，能夠對橋梁進行全面有效的監測。

附圖說明

圖1為本實用新型實施例中基于微機電加速度芯片的無線索力測試系統的結構示意圖；